(57)【要約】【課題】原料メルト内の温度を均一にして対流の発生を防止でき、これにより、ウェハ面内の膜厚を均一に成長できるエピタキシャルウェハの製造方法を提供する。【解決手段】原料メルト２を収容する溶液溜め３を有する原料ホルダー４と、基板５を収容する基板ホルダー部６を有すると共に、基板５を溶液溜め３の底部に位置させるように、原料ホルダー４に対して相対的にスライド自在なスライダー７と、を備えたグラファイト製のグラファイト治具１を用いて、基板５上にエピタキシャル層を成長させるエピタキシャルウェハの製造方法において、溶液溜め３内の中央部に、溶液溜め３内の原料メルト２に浸るように対流防止部材８を設け、溶液溜め３内の原料メルト２の対流を防止し、原料メルト２内の温度を均一にして、ウェハ面内の膜厚を均一に成長させる方法である。【選択図】図１
2010165937.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料メルトを収容する溶液溜めを有する原料ホルダーと、基板を収容する基板ホルダー部を有すると共に、該基板を前記溶液溜めの底部に位置させるように、原料ホルダーに対して相対的にスライド自在なスライダーと、を備えたグラファイト製のグラファイト治具を用いて、前記基板上にエピタキシャル層を成長させるエピタキシャルウェハの製造方法において、
前記溶液溜め内の中央部に、前記溶液溜め内の前記原料メルトに浸るように対流防止部材を設け、前記溶液溜め内の前記原料メルトの対流を防止し、前記原料メルト内の温度を均一にして、ウェハ面内の膜厚を均一に成長させることを特徴とするエピタキシャルウェハの製造方法。
【請求項２】
前記対流防止部材は、グラファイト製で断面Ｕ字状に形成されたＵ字部材からなり、そのＵ字部材を前記溶液溜め内の上部を横断するように設け、前記Ｕ字部材で前記溶液溜め内の上部を仕切り、かつ前記溶液溜め内の下部を連通するようにした請求項１に記載のエピタキシャルウェハの製造方法。
【請求項３】
原料メルトを収容する溶液溜めを有する原料ホルダーと、基板を収容する基板ホルダー部を有すると共に、該基板を前記溶液溜めの底部に位置させるように、原料ホルダーに対して相対的にスライド自在なスライダーと、を備えたグラファイト製のグラファイト治具において、
前記溶液溜め内の中央部に、前記溶液溜め内の前記原料メルトに浸るように対流防止部材が設けられたことを特徴とするグラファイト治具。
【請求項４】
前記対流防止部材は、グラファイト製で断面Ｕ字状に形成されたＵ字部材からなり、そのＵ字部材を前記溶液溜め内の上部を横断するように設け、前記Ｕ字部材で前記溶液溜め内の上部を仕切り、かつ前記溶液溜め内の下部を連通するようにした請求項３に記載のグラファイト治具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エピタキシャルウェハの製造方法及びグラファイト治具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード用のエピタキシャルウェハの製造には、液相エピタキシャル成長法が用いられている。液相エピタキシャル成長法では、原料メルト（原料溶液）を基板に接触させ、基板上にエピタキシャル層を形成する（エピタキシャル成長）。
【０００３】
基板上にエピタキシャル層を成長させる際には、原料メルトを収容する溶液溜めを有する原料ホルダーと、基板を収容する基板ホルダー部を有すると共に基板を溶液溜めの底部に位置させるようにスライド自在なスライダーとを備えたグラファイト治具が用いられる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
エピタキシャルウェハを製造する際、エピタキシャル層の成長過程でグラファイト治具をヒーターなどで７００℃〜９００℃に加熱して原料を溶解させ、エピタキシャル層成長時はヒーターの温度を降温させながら、スライダーを動かし、基板ホルダー部を原料ホルダーの底部（下）に移動させ、溶解した原料のＧａ，Ａｌ，Ａｓ及びドーパント（原料メルト）を基板に接触させてエピタキシャル層を成長させる。
【０００５】
この方法で成長したエピタキシャルウェハのエピタキシャル層の膜厚分布は、一般的に、周辺が厚く、中心部が薄くなりやすい。これは、冷却そのものが、グラファイト治具の外側から輻射と伝熱により行われるため、グラファイト治具に接触している周囲付近の基板端部の温度は低く、基板中心部の温度は高くなり、基板面内の温度分布が不均一になるためである。
【０００６】
基板面内の温度分布を均一にする方法としては、溶液溜めの下部を、下方が広くなるようにテーパー状に形成すると共に、基板ホルダー部の周囲に、基板側面の上部を露出させるための凹部を設け、原料メルトに基板側面の上部を接触させることで、スライダーと基板側面との接触面積を減らし、さらに基板表面の全面と原料メルトとの接触面積を増やして基板面内の温度分布を均一にすることが行われている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−１１５８４２号公報
【特許文献２】特開２００８−１７７２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、基板面内と同様に、溶液溜め中の溶解した原料メルトの中心部の温度は高く、溶液溜めの壁部に接触している周囲付近の原料メルトの温度は低くなり、原料メルト内の温度分布が不均一になる問題がある。
【０００９】
原料メルト内の温度分布が不均一になると、エピタキシャル成長中に原料メルト中で対流が発生し、エピタキシャルウェハの中心部の膜厚が薄くなり、ウェハ面内の膜厚分布を悪化させる問題が生じる。
【００１０】
ウェハ面内の膜厚分布が悪化すると、エピタキシャルウェハから発光ダイオードを製造する際の歩留まりが低下してしまう。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、溶液溜めに仕切りを設け、原料メルトが治具と接触する面積を増やすことで、原料メルト内の温度を均一にすることができ、対流の発生を防止し、ウェハ面内の膜厚を均一に成長させることができるエピタキシャルウェハの製造方法及びグラファイト治具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、原料メルトを収容する溶液溜めを有する原料ホルダーと、基板を収容する基板ホルダー部を有すると共に、該基板を前記溶液溜めの底部に位置させるように、原料ホルダーに対して相対的にスライド自在なスライダーと、を備えたグラファイト製のグラファイト治具を用いて、前記基板上にエピタキシャル層を成長させるエピタキシャルウェハの製造方法において、前記溶液溜め内の中央部に、前記溶液溜め内の前記原料メルトに浸るように対流防止部材を設け、前記溶液溜め内の前記原料メルトの対流を防止し、前記原料メルト内の温度を均一にして、ウェハ面内の膜厚を均一に成長させるエピタキシャルウェハの製造方法である。
【００１３】
請求項２の発明は、前記対流防止部材は、グラファイト製で断面Ｕ字状に形成されたＵ字部材からなり、そのＵ字部材を前記溶液溜め内の上部を横断するように設け、前記Ｕ字部材で前記溶液溜め内の上部を仕切り、かつ前記溶液溜め内の下部を連通するようにした請求項１に記載のエピタキシャルウェハの製造方法である。
【００１４】
請求項３の発明は、原料メルトを収容する溶液溜めを有する原料ホルダーと、基板を収容する基板ホルダー部を有すると共に、該基板を前記溶液溜めの底部に位置させるように、原料ホルダーに対して相対的にスライド自在なスライダーと、を備えたグラファイト製のグラファイト治具において、前記溶液溜め内の中央部に、前記溶液溜め内の前記原料メルトに浸るように対流防止部材が設けられたグラファイト治具である。
【００１５】
請求項４の発明は、前記対流防止部材は、グラファイト製で断面Ｕ字状に形成されたＵ字部材からなり、そのＵ字部材を前記溶液溜め内の上部を横断するように設け、前記Ｕ字部材で前記溶液溜め内の上部を仕切り、かつ前記溶液溜め内の下部を連通するようにした請求項３に記載のグラファイト治具である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、原料メルト内の温度を均一にして対流の発生を防止でき、これにより、ウェハ面内の膜厚を均一に成長できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のエピタキシャルウェハの製造方法に用いるグラファイト治具の断面図である。
【図２】本発明のグラファイト治具を用いて製造されたシングルへテロ構造のエピタキシャルウェハの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００１９】
最初に、本実施の形態に係るエピタキシャルウェハの製造方法に用いるグラファイト治具について説明する。
【００２０】
図１は、本実施の形態に係るエピタキシャルウェハの製造方法に用いるグラファイト治具の断面図である。
【００２１】
図１に示すように、グラファイト治具１は、原料メルト２を収容する溶液溜め３を有する原料ホルダー４と、基板５を収容する基板ホルダー部６を有すると共に、基板５を溶液溜め３の底部に位置させるようにスライド自在なスライダー７とを備え、溶液溜め３内の中央部に、溶液溜め３内の原料メルト２に浸るように対流防止部材８が設けられたグラファイト製の治具である。
【００２２】
対流防止部材８は、原料メルト２の嵩に対して、３分の１以上となるような深さに設けられるとよく、さらに好ましくは２分の１以上の深さに設けられるとよい。また、対流防止部材８の幅は、溶液溜め３の幅に対して３分の１以上、２分の１以下となるように構成するとよい。
【００２３】
原料ホルダー４の溶液溜め３は、基板５に積層するエピタキシャル層の数に応じて複数形成される（図１では、２つ）。また、その各溶液溜め３の基板５側の断面は、基板５と相似形であることが好ましい。溶液溜め３は、スライダー７のスライド方向に沿って所定の間隔で設けられる。溶液溜め３の上部には、溶液溜め３内を気密に保つキャップホルダー（図示せず）が設けられる。
【００２４】
スライダー７の基板ホルダー部６は、基板５を収容したとき、基板５上面とスライダー７の上面の高さが略一致するように形成される。基板ホルダー部６に基板５を水平に収容するため、基板ホルダー部６の底面には座繰り加工が施される。また、スライダー７には、スライダー７をスライドさせるための操作棒９が取り付けられている。
【００２５】
対流防止部材８は、グラファイト製で断面Ｕ字状に形成されたＵ字部材からなり、そのＵ字部材を溶液溜め３内の上部を横断するように設け、Ｕ字部材で溶液溜め３内の上部を左右（スライダー７の移動方向に対して前後）に仕切り、かつ溶液溜め３内の下部を連通するようにしたものである。
【００２６】
また、対流防止部材８は、温度が高い原料メルト２の中心部の熱を対流防止部材８を通じて原料メルト２から放出して、溶液溜め３内の原料メルト２の対流を防止し、原料メルト２内の温度を均一にするためのものである。
【００２７】
ここでは、中心部の熱を放熱するために、断面Ｕ字状の対流防止部材８を用いたが、同様の作用があれば、異なる断面形状でもよい。
【００２８】
エピタキシャル層の原料としては、Ｇａ，Ａｓ，Ａｌなど（ドーパントも含む）を用いる。原料メルト２は、通常、溶液溜め３に上述した原料（あるいはそれらの化合物）を固体状態でそれぞれセットし、図示しないヒーターでグラファイト治具１を加熱して原料を溶解することで得られる。
【００２９】
このグラファイト治具１によれば、溶液溜め３内の中央部に、溶液溜め３内の原料メルト２に浸るように対流防止部材８を設けているため、溶液溜め３内の原料メルト２の対流を防止し、原料メルト２内の温度を均一にすることができる。
【００３０】
本実施の形態においては、スライダー７がスライド自在な構成としたが、スライダー７と原料ホルダー４が相対的にスライドする構成であれば、本発明の効果を得られる。すなわち、原料ホルダー４をスライド自在に構成し、他方スライダー７を固定とした構成であってもよい。
【００３１】
次に、グラファイト治具１を用いたエピタキシャルウェハの製造方法を説明する。ここでは、スライダー７をスライド自在に構成したグラファイト治具１を用いた例を説明する。
【００３２】
まず、スライダー７の基板ホルダー部６に基板５を収容する。また、原料ホルダー４の溶液溜め３に上述した原料をセットし、その原料をヒーターで溶かして原料メルト２を準備する。
【００３３】
本実施の形態に係るエピタキシャルウェハの製造方法では、溶液溜め３内の中央部に、溶液溜め３内の原料メルト２に浸るように対流防止部材８を設けたグラファイト治具１を用い、溶液溜め３内の原料メルト２の対流を防止し、原料メルト２内の温度を均一にしている。
【００３４】
そして、スライダー７をスライドし、１つ目（図１では、右側）の溶液溜め３と基板５上面の中心が略一致する位置（溶液溜め３の直下）までスライダー７を移動する。これにより、基板５上面には対流の発生していない原料メルト２が接触する。
【００３５】
この状態で徐々に降温しながら基板５上に、１つ目の溶液溜め３に収容した原料によって１層目のエピタキシャル層を成長させる。１層目のエピタキシャル層を成長した後、同様にして、スライダー７をスライドし、２つ目、３つ目・・・ｎつ目の溶液溜め３と基板５上面の中心が略一致する位置までスライダー７を順次移動し、１層目のエピタキシャル層上に、２層目、３層目・・・ｎ層目のエピタキシャル層を順次成長させる。
【００３６】
以上のようにして、例えば、図２に示すように、Ｐ−ＧａＡｓ基板２０上に、Ｐ−ＧａＡｌＡｓ層２１、Ｎ−ＧａＡｌＡｓ層２２を順次積層したシングルヘテロ構造のエピタキシャルウェハ２３が得られる。このエピタキシャルウェハ２３をチップ化し、電極を形成すると、発光素子としての発光ダイオードが得られる。
【００３７】
本実施の形態に係るエピタキシャルウェハの製造方法によれば、溶液溜め３内の中央部に、溶液溜め３内の原料メルト２に浸るように対流防止部材８を設け、温度が高い原料メルト２の中心部の熱を対流防止部材８を通じて原料メルト２から放出して、溶液溜め３内の原料メルト２の対流を防止し、原料メルト２内の温度を均一にしているので、ウェハ面内の膜厚を均一に成長させることができる。
【００３８】
よって、グラファイト治具１を用いて製造されたエピタキシャルウェハ２３によれば、ウェハ面内の膜厚が均一に成長されているため、発光ダイオードを製造する際の生産歩留まりを向上できる。
【００３９】
上述の実施の形態においては、シングルヘテロ構造のエピタキシャルウェハ２３の製造方法について説明したが、本発明はダブルヘテロ構造のエピタキシャルウェハの製造方法にも応用できる。
【００４０】
また、本発明は、裏面反射型の発光ダイオード用のエピタキシャルウェハの製造方法にも応用できる。このエピタキシャルウェハは、例えば、ダブルヘテロ構造のエピタキシャルウェハからＧａＡｓ基板を除去して製造される。
【００４１】
上述の実施の形態においては、発光ダイオード用のエピタキシャルウェハの例で説明したが、レーザーダイオード用のエピタキシャルウェハについても本発明を応用できる。
【実施例】
【００４２】
（実施例）
溶液溜め３内の中央部に、溶液溜め３内の原料メルト２に浸るように対流防止部材８を設けたグラファイト治具１を、液相エピタキシャル成長装置（加熱炉）内の所定の箇所に設置し、水素気流中で成長装置を９００℃に加熱して、原料を溶解後温度安定時間として３時間保持後、７００℃まで１℃／ｍｉｎの割合で降温させた。なお、各溶液溜め３の寸法は３５ｍｍ×３５ｍｍ、対流防止部材８の幅は１５ｍｍとした。
【００４３】
基板（成長用ＧａＡｓ基板）５は、所定の寸法（３４ｍｍ×３４ｍｍ）に加工した後、基板ホルダー部６にセットし、降温開始後、炉内温度が８５０℃になった時点で、溶液溜め３の真下に基板ホルダー部６が来るようにスライダー７を動かし、基板５を対流の発生していない原料メルト２に接触させてエピタキシャル成長を行った。
【００４４】
本実施例では、１層目成長終了後、次層の溶液溜め３の下に基板５が来るようにスライダー７を移動させて各層を順次エピタキシャル成長させ、図２に示すようなシングルへテロ構造のエピタキシャルウェハを製造した。
【００４５】
（比較例）
溶液溜め３に、対流防止部材８が設けられていない従来のグラファイト治具を用いて実施例と同様にエピタキシャルウェハを製造した。
【００４６】
（評価）
実施例及び比較例のエピタキシャルウェハについて、ウェハ面内の膜厚分布を測定した。この測定は、実施例及び比較例で製造した方形ウェハ中心から対角線方向へ０〜６ｍｍの位置まで１ｍｍ毎に膜厚を測定して行った。この結果を表１に示す。
【００４７】
【表１】
2010165937.tif 000003
【００４８】
表１に示すように、実施例のエピタキシャルウェハでは、中心部の膜厚が比較例のエピタキシャルウェハに比べて厚くなり、ウェハ面内の膜厚分布が４．０％から１．０％まで３．０％低減することができた。また、６ｍｍ以降は、膜厚６０ｎｍで差は見られなかった。
【００４９】
この結果より、本発明によれば、溶液溜め３内の中央部に、溶液溜め３内の原料メルト２に浸るように対流防止部材８を設け、溶液溜め３内の原料メルト２の対流を防止し、原料メルト２内の温度を均一にしているので、ウェハ面内の膜厚を均一に成長させることができることが分かる。
【符号の説明】
【００５０】
１  グラファイト治具
２  原料メルト
３  溶液溜め
４  原料ホルダー
５  基板
６  基板ホルダー部
７  スライダー
８  対流防止部材
【図１】
2010165937.tif 000004
【図２】
2010165937.tif 000005